3. Электронные вольтметры с времяимпульсным преобразованием

В основе работы время-импульс­ного вольтметра лежит преобразование измеряемого напряжения постоянного тока в интервал времени, значение которого измеря­ется цифровым измерителем (заполнение счетными импульсами).

Преобразование осуществляется путем сравнения измеряемого на­пряжения с линейно-изменяющимся напряжением (однократное интегрирование).

Структурная схема прибора приведена на рисунке. Ее рабо­ту поясняют графики, изображенные на другом рисунке. Напряжение из­меряется циклами, задаваемыми блоком управления. В начале ци­кла (момент t1, рис. а) тактовый импульс, посылаемый из блока управления, сбрасывает в нуль показание счетчика, остав­шееся от предыдущего цикла, запускает компаратор и генератор линейно-изменяющегося напряжения. Измеряемое напряжение Uизм, подводимое к входу 1 компаратора, сопоставляется в нем с линейно-изменяющимся напря­жением Uлин (рис. б), подаваемым на вход 2 компаратора от генератора. В момент t2 фиксируется равенство значений напря­жений. На выходе компаратора формируется прямоугольный им­пульс длительностью (рис. в), поступающий на вход 1 временного селектора и служащий стробирующим. Он за­полняется счетными импульсами (рис. г), подводимыми к входу 2 селектора. Счетчик под­считывает число m импульсов, по­ступающих на его вход за интер­вал времени (рис. д). Ре­зультат измерения отображается соответствующим цифровым дис­плеем.

4. Интегрирующие цифровые вольтметры

Интегрирующий цифровой вольтметр:

ФИОС – формирователь импульса обратной связи.

КОМП – компаратор

Происходит преобразование напряжения в частоту.

Заряд конденсатора Cu осуществляется измеряемым напряжением.

Разряд Cu осуществляется нормированным по площади импульсом обратной связи. Подача импульса осуществляется по сигналу компаратора. При этом устройство работает как замкнутая система автоматической регулировки частоты генератора импульсов.

Вольтметр двойного интегрирования:

Как уже отмечалось, точность описанного варианта время-импульсного преобразования зависит от постоянства наклона линейно-изменяющегося напря­жения. Соблюдение этого условия потребовало усложнения схем­ных решений, использования высокостабильных деталей и термостатирования, тщательного монтажа. Указанного недостатка ли­шен метод двойного интегрирования (его иногда называют «ин­тегрированием вверх — вниз»). Он оказался весьма удобным для аппаратурного осуществления цифровых вольтметров на основе интегральных микросхем. Приборы, воплощающие этот метод, — одни из наиболее распространенных типов цифровых вольтметров.

Идею метода несложно представить, воспользовавшись струк­турной схемой вольтметра и графиками.

Измеряемое значение напряжения преобразуется в пропорци­ональное число счетных импульсов. Цикл преобразования Тц со­стоит из двух интервалов времени Т1 и Т2, задаваемых соответст­венно длительностью импульса и паузой между импульсами (рис. а). В начале цикла блок управления вырабатывает пря­моугольный импульс калиброванной длительности Т1 (с крутыми фронтом и срезом), который подается на вход 3 электронного пе­реключателя. В течение интервала T1 на вход интегратора через входной блок и электронный переключатель поступает измеря­емое напряжение постоянного тока. Начинается первый такт ин­тегрирования (вверх), при кото­ром выходное напряжение интег­ратора растет по линейному зако­ну (рис. б). Крутизна этого напряжения пропорциональна значению Uизм.

Продолжительность первого такта интегрирования равна дли­тельности T1 управляющего им­пульса. В момент окончания им­пульса (t1) электронный переклю­чатель отключает со входа инте­гратора источник измеряемого на­пряжения и соединяет вход инте­гратора с источником образцово­го напряжения Uобр, полярность которого противоположна поляр­ности измеряемого напряжения. Начинается второй такт интегри­рования («вниз»), в течение кото­рого напряжение на выходе инте­гратора линейно убывает (рис. б).

Выходное напряжение интегратора подводится к входу 1 ком­паратора, вход 2 которого соединен с корпусом прибора. Поэтому момент t2, когда напряжение на выходе интегратора становится равным нулю, определяет окончание второго такта интегрирова­ния.

С выхода компаратора на вход 1 временного селектора пода­ется прямоугольный стробирующий импульс длительностью (рис. г), который заполняется счетными импульсами (рис. г и д), подсчитываемыми счетчиком. Их число пропорционально измеряемому значению напряжения. Цикл измерения закончен.

Начало следующего цикла задаётся фронтом очерёдного управ­ляющего импульса длительностью T1 посылаемого управляющим устройство